（材料学专业论文）微波加热合成特殊形貌微纳米材料研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日 期： 沙l ol 乍冰。 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：迸导师签名： 期： 1 3 2 表面活性剂在微纳米材料制备中的应用进展9 1 4 微波加热在纳米材料制备上的应用1 2 1 4 1 微波及其性质1 2 1 4 2 微波加热的原理1 2 1 4 3 微波加热的特点1 3 1 4 4 微波加热合成微波化学的研究进展1 4 1 5 本课题的研究目的和研究意义15 参考文献17 第二章微波加热合成c d s 纳米粒子2 4 2 1 引言2 4 2 2 实验药品及设备2 4 2 3 实验过程2 5 2 4 实验结果及讨论2 6 2 5c d s 纳米颗粒生长机理的探讨3 l 2 6 本章小结3 2 山东大学硕士学位论文 参考文献3 3 第三章微波加热合成特殊形貌z n o 微纳米材料3 4 3 1 引言3 4 3 2 陀螺形状z n o 微纳米材料的制备研究3 5 3 2 1 实验药品及设备3 5 3 2 2 实验过程3 5 3 2 3 实验结果及讨论3 6 3 2 4t e a 的加入量对产物形貌的影响3 7 3 2 5 反应时间对产物形貌的影响3 9 3 2 6 其他加热方式所制备的z n o 结构4 0 3 2 7 陀螺状z n o 生长机理探讨4 0 3 2 8 小结4 2 3 3 花状z n o 微纳米材料的制备研究4 2 3 3 1 实验药品及设备4 2 3 3 2 实验过程4 3 3 3 3 实验结果及讨论4 3 3 3 4 氨水和t e a 对产物形貌的影响4 4 3 3 5 加热温度对产物形貌的影响4 6 3 3 6 氨水对产物形貌的影响4 8 3 3 7 花状z n o 生长机理探讨4 9 3 3 8 小结5 2 3 4 本章小结5 3 参考文献5 4 第四章几种一维纳米材料的微波加热制备研究5 6 4 1 引言5 6 4 2 微波加热制备t e 纳米线5 6 4 2 1 实验药品及设备。5 6 4 2 2 实验过程5 7 4 2 3 实验结果及讨论5 8 u 山东大学硕士学位论文 4 2 4t e 纳米线生长机制的探讨6 0 4 3c d t e 纳米线的制备6 0 4 3 1 实验过程6 0 4 3 2 实验结果及讨论6 1 4 3 3c d t e 纳米线的形成机理6 3 4 4p b t e 纳米线的制备6 3 4 4 1 实验过程6 3 4 4 2 实验结果及讨论6 4 4 4 3p b t e 纳米线的形成机理6 5 4 5 以t e 纳米线为模板a u 纳米线的制备6 5 4 5 1 实验过程6 5 4 5 2 实验结果及讨论6 6 4 5 3a u 纳米线的形成机理6 6 4 6 本章小结6 7 参考文献6 8 第五章主要结论及有待进一步展开的工作7 0 5 1 主要结论7 0 5 2 主要创新点7 l 5 3 有待进一步开展的工作7 1 致谢7 2 i i i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s e sa b s t r a c t i e n g l i s ha b s t r a c t i i i c h a p t e ro n e n a n o m a t e r i a l sr e s e a r c hi np r o g r e s s 1 1 1i n t r o d u c t i o n l 1 2o u t l i n eo fn a n o m a t e r i a l s 1 1 2 1c o n c e p to fn a n o m a t e r i a l s 1 1 2 2c l a s s i f i c a t i o no f n a n o m a t e r i a l s 2 1 2 3s p e c i a le f f e c to fn a n o m a t e r i a l s 2 1 2 4p r e p a r a t i o nm e t h o do fn a n o m a t e r i a l s 4 1 3a p p i l i c a t i o no f s u r f a c a n ti nt h es y n t h e s i so f n a n o m a t e r i a l s 7 1 3 1c h a r a c t e r i s t i co fs u r f a c t a n t 7 1 3 2s u r f a c t a n tr e s e a r c hf o rn a n o m a t e r i a l si np r o g r e s s 9 1 4m i c r o w a v eh e a t i n gr e s e a r c hi np r o g r e s s 12 1 4 1c o n c e p to f m i c r o w a v eh e a t i n g 1 2 1 4 2p r i n c i p l eo f m i c r o w a v eh e a t i n g 1 2 1 4 3c h a r a c t e r i s t i co fm o c r o w a v eh e a t i n g 13 1 4 4m i c r o w a v e h e a t i n g - r e s e a r c hi np r o g r e s s 1 4 1 5p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f t h i ss u b j e c t 15 r e f e r a n c e s j 17 c h a p t e rt w o m i c r o w a v eh e a t i n gs y n t h e s i so fc d sn a n o p a r t i c l e s 2 4 2 1i n t r o d u c t i o n 2 4 2 2e x p e r i m e n t a lr e a g e n t sa n di n s t r u m e n t s 2 4 2 3e x p e r i m e n t a lp r o g r e s s 2 5 2 4e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 6 2 5d i s c u s s s i o no fc d sn a n o p a r t i c l e sg r o w t hm e c h a n i s m 31 2 6s u m m a r y 3 2 r e f e r a n c e s 3 3 c h a p t e rt h r e e m i c r o w a v e h e a t i n gs y n t h e s i so fz n o m i c r o - n a n om a t e r i a l s 3 4 3 1i n t r o d u c t i o n ：；z l i v 山东大学硕士学位论文 3 2s y n t h e s i so fg y r o s c o p e - l i k ez n o m i c r o - n a n om a t e r i a l s 3 5 3 2 1e x p e r i m e n t a lr e a g e n t sa n di n s t r u m e n t s 3 5 3 2 2e x p e r i m e n t a lp r o g r e s s “3 5 3 2 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 6 3 2 4i n f l u e n c eo f t e aa d d i t i o no nt h em o r p h o l o g yo f t h ep r o d u c t 3 7 3 2 5i n f l u e n c eo fr e a c t i o nt i m eo nt h em o r p h o l o g yo ft h ep r o d u c t 。3 9 3 2 6o t h e rh e a t i n gm e t h o d sf o rz n o 4 0 3 2 7d i s c u s s s i o no fg y r o s c o p e - l i k ez n og r o w t hm e c h a n i s m 4 0 3 2 8s u m m a r y 4 2 3 3s y n t h e s i so ff l o w e r - l i k ez n om i c r o n a n om a t e r i a l s 4 2 3 3 1e x p e r i m e n t a lr e a g e n t sa n di n s t r u m e n t s 4 2 3 3 2e x p e r i m e n t a lp r o g r e s s ：4 3 3 3 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 4 3 3 3 4i n f l u e n c eo f t e aa n da m m o n i ao nt h em o r p h o l o g yo f t h ep r o d u c t 4 4 3 3 5i n f l u e n c eo fr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo nt h em o r p h o l o g yo ft h ep r o d u c t 。4 6 3 3 6i n f l u e n c eo f a m m o n i ao nt h em o r p h o l o g yo f t h ep r o d u c t 4 8 3 3 7d i s c u s s s i o no ff l o w e r - l i k ez n og r o w t hm e c h a n i s m 4 9 3 3 8s u m m a r y 。5 2 3 4s u m m a r y 5 3 r e f e 姗c e s 5 4 c h a p t e rf o u r m i c r o w a v eh e a t i n gs y n t h e s i so fs e v e r a lk i n d so f n a n o w i r e s 5 6 4 1i n t r o d u c t i o n 5 6 4 2m i c r o w a v eh e a t i n gs y n t h e s i st en a n o w i r e s 5 6 4 2 1e x p e r i m e n t a lr e a g e n t sa n di n s t r u m e n t s 5 6 4 2 2e x p e r i m e n t a lp r o g e r s s 一5 4 2 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 5 8 4 2 4d i s c u s s s i o no ft en a n o w i r c sg r o w t hm e c h a n i s m 6 0 4 3m i c r o w a v eh e a t i n gs y n t h e s i sc d t en a n o w i r e s 6 0 4 3 1e x p e r i m e n t a lp r o g r e s s 6 0 4 3 2e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n ”6 1 4 3 3d i s c u s s s i o no f c d t en a n o w i r e sg r o w t hm e c h a n i s m 6 3 4 4m i c r o w a v eh e a t i n gs y n t h e s i sp b t cn a n o w i r e s “6 3 v 一一坠兰坠耋丝垒一 4 4 1e x p e r i m e n t a lp r o g r e s s o j 4 4 2e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 6 4 4 4 3d i s c u s s s i o no fp b t en a n o w i r e sg r o w t hm e c h a n i s m 6 5 4 5m i c r o w a v eh e a t i n gs y n t h e s i sa u n a n o w i r e s 6 ， 4 5 1e x p e r i m e n t a lp r o g r e s s 6 5 4 5 2e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n o o 4 5 3d i s c u s s s i o no f a un a n o w i r e sg r o w t hm e c h a n i s m ”6 6 4 6s u m m a r y 6 7 r e f e r a i i l c e s 6 8 c h a p t e rf i v e m a i nc o n c l u s i o n sa n df u r t h e rr e s e a r c h ”7 0 5 1m a i nc o n c l u s i o n s ”7 0 5 2h m o v a r t i o n 7 1 5 3f l l n h e rr e s e 羽c h ：7 l a c k r l o w l e d g e m e n t s 一7 2 v i 山东大学硕士学位论文 摘要 纳米材料是材料学与纳米科技的交叉学科，也是纳米科技中最基础、最富有 活力的组成部分，对未来经济和社会发展有着重要影响。纳米材料是三维空间中 至少有一维处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的 超精细颗粒材料的总称。纳米材料属于微观粒子和宏观物体交界的过渡区域，具 有一系列奇特的效应，这些效应的存在使纳米材料呈现出许多奇异的物理、化学 性质，因而使纳米材料具有非常广阔的应用前景。 随着人们对纳米材料所具有的特殊性质的逐步认识和对纳米材料应用方面研 究的开展，纳米材料制备研究也日趋深入。目前广泛采用的制备纳米材料有很多 种，如，气相沉积法、溶剂热反应、模板法、溶胶凝胶法、热分解法和超声法等。 但是这些方法存在诸如污染环境、成本高、反应条件苛刻或昂贵设备等缺点，不 利于大批量制备。为了克服这些缺点，我们在对环境友好的微波化学方法，制备 了一系列特殊形貌的微纳米材料。 首先，我们通过微波加热制备了c d s 纳米颗粒，用x r d 检测其物相组成，表 明产物为六方相的硫化镉，并计算出了其晶格常数；用f e s e m 对其形貌进行了表 征，c d s 尺寸大约为5 0n m ，产物十分均一；就表面活性剂的浓度、反应温度等对 c d s 形貌的影响进行了研究，并通过实验结果的分析提出了其可能的反应机理。 其次，我们采用微波加热制备了陀螺形状z n o 微纳米结构，用x r d 检测其 物相组成，结构表明产物为六方相的z n o ，并计算出了其晶格常数；用f e s e m 对 其形貌进行了表征，z n o 粒径为l 岬左右；对溶液中t e a 的含量、加热方式及 磁子搅拌等对z n o 微纳米结构形貌的影响进行了研究，通过对比不同反应条件所 得产物的形貌提出了可能的生长机理。 再次，我们采用微波加热制备了花状z n o 微纳米结构，用x r d 检测其物相 组成，结构表明产物为六方相的z n o ，并计算出了其晶格常数；用f e s e m 对其形 貌进行了表征；对溶液中t e a 的含量、氨水加入量、反应温度等对z n o 微纳米结 构形貌的影响进行了研究，通过对比不同反应条件所得产物的形貌提出了可能的 生长机理。 山东大学硕士学位论文 最后，我们采用微波加热，快速( 5m i n ) 制备出t e 纳米线，用x r d 检测其 物相组成，结构表明产物为六方相；用h r t e m 及f e s e m 对其形貌进行了表征， t e 纳米线直径大约为5n m ；然后我们采用制备的t e 纳米线为模板制备出一维的 c d t e 、p b t e 和a u 纳米线；提出了一维纳米线的可能生长机理。 综上所述，本论文对利用微波化学法制备微纳米材料进行了系统的研究，并 在微波加热条件下制备了一系列形貌均一和结晶性完好的微纳米材料。 关键诃；微纳米材料，表面活性剂，微波加热，硫化镉，氧化锌，碲 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h ei n t e r d i s c i p l i n a r yo fm a t e r i a ls c i e n c ea n dn a n o t e c h n o l o g y , n a n o m a t e r i a l sa r e a l s ot h em o s tb a s i ca n da c t i v ea r e ao fn a n o t e c h n o l o g ya n dh a v ei n t e n s ei n f l u e n c eo nt h e d e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n ds o c i e t y i ng e n e r a l ，n a n o m a t e r i a l si sa tl e a s to n e d i m e n s i o ni nn a n o m e t e r - s c a l er a n g eo rb yt h e s c a l ea st h eb a s i cs t r u c t u r a lu n i t c o m p o s e do fu l t r a - f m eg r a i nm a t e r i a l s a st h ep a r t i c l es i z ea p p r o a c h e sn a n o m e t e rs c a l e ， their p e c u l i a rp h y s i c a l 强dc h e m i c a lp r o p e n i e sb e c o m eq u i t ed i 脓e n t 嘶mb r o a d a p p l i c a t i o np o t e n t i a l sa n d h a v eg r e a tp o t e n t i a la p p l i c a t i o n si nm a n yf i e l d s t h ef a b r i c a t 、i o no fn a n o m a t e r i a l sg o e sd e e p e r w i t ht h eu n d e r s t a n d i n go ft h e i r u n i q u ep r o p e r t i e sa n dt h es t u d yo nn a n o m a t e r i a l s a p p l i c a t i o n r e c e n t l y , t h e r ea r em a n y w i d e l y u s e dm e t h o d st ob eu t i l i z e dt os y n t h e s i z en a n o m a t e r i a l s ，s u c ha s ，v a p o r d e p o s i t i o nm e t h o d ，s o l v o t h e r m a lr e a c t i o n ，t e m p l a t em e t h o d ，s o l - g e lm e t h o d ，t h e r m a l d e c o m p o s i t i o nm e t h o da n dt h eu l t r a s o n i cm e t h o d ，e t c b u tt h e s em e t h o d sh a v em a n y d r a w b a c k s ，f o ri n s t a n c e ，e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，h i g he n e r g yc o n s u m p t i o n ，h i g hc o s t a n dr i g o r o u sc o n d i t i o n sl i k eh i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r eo ru s a g eo fe x p e n s i v e e q u i p m e n t t oo v e r c o m et h e s es h o r t c o m i n g s ，w ee m p l o ye n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y m i c r o w a v ec h e m i s t r yt os y n t h e s i sas e r i e so fm i c r o n a n om a t e r i a l s f i r s t l y ，c d sn a n o p a r t i c l e sw i t ha v e r a g ep a r t i c l es i z eo f5 0n i nw a sp r e p a r e d 、析t h m i c r o w a v em e t h o d x r dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o d u c t sa l eh e x a g o n a lc r y s t a l s t r u c t u r e t h ec o n c e n t r a t i o no fs u r f a c t a n t sa n dr e a c t i n gt e m p e r a t u r ea l lp l a yi m p o r t a n t r o l e si nt h ef i n a lm o r p h o l o g i e so fc d sn a n o p a r t i c l e t h er e a c t i n gp r o c e s sw a ss t u d i e d a n dm e c h a n i s mg o v e r n i n gt h eg r o w t ho fc d sn a n o p a r t i c l ew a sd i s c u s s e d s e c o n d l y ，t y p i c a ls p i n n i n gt o ps h a p ez n o 、析t ha v e r a g ep a r t i c l es i z eo f1 0l a mw a s p r e p a r e dw i t hm i c r o w a v em e t h o d x r dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o d u c t sa r eh e x a g o n a l c r y s t a ls t r u c t u r e t h ec o n c e n t r a t i o no fs u r f a c t a n t s ，r e a c t i n gt e m p e r a t u r ea n db l e n d i n go f m a g n e t o na l lp l a yi m p o r t a n tr o l e s i nt h ef i n a lm o r p h o l o g i e so fz n om i c r o n a n o s t r u c t u r e t h er e a c t i n gp r o c e s sw a ss t u d i e da n dm e c h a n i s mg o v e r n i n gt h eg r o w t ho f m i c r o n a n os t r u c t u r ew a sd i s c u s s e d t h i r d l y ，u n u s u a lf l o w e r - l i k ez n o m i c r o s t r u c t u r ew a sp r e p a r e dw i t hm i c r o w a v e 山东大学硕士学位论文 m e t h o d x r dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o d u c t sa r eh e x a g o n a lc r y s t a ls t r u c t u r e t h e c o n c e n t r a t i o no fr e a c t a n t s ( t e aa n da m m o n i a ) a n dr e a c t i n g t e m p e r a t u r ea l lp l a y i m p o r t a n tr o l e si nt h ef i n a lm o r p h o l o g i e so fz n om i c r o - n a n os 缸u c t l l r e t h er e a c t i n g p r o c e s sw a ss t u d i e da n dm e c h a n i s mg o v e r n i n gt h eg r o w t ho fm i c r o n a n os t l l l c t i 鹏w a s d i s c u s s e d f i n a l l y ，s u p e rt h i nt en a n o w i r ew a sf a s tp r e p a r e d 、析t 1 1m i c r o w a v em e t h o di n5m i n x r dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ep r o d u c t sa l eh e x a g o n a lc r y s t a ls t r u c t u r e h r t e ma n d f e s e ms h o wt h a tt en a n o w i r ei sa b o u t5n n li nd i a m e t e r t h e nw eu s et en a n o 丽r ea s s a c r i f i c i a lt e m p l a t et of a b r i c a t ec d t e ，p b t ea n da un a n o 诋t h e r e a c t i n gp r o c e s sw a s s t u d i e da n dm e c h a n i s mg o v e r n i n gt h eg r o w t ho fn a n o w i r ew a sd i s c u s s e d i ns u m m a r y , as y s t e m a t i ci n v e s t i g a t i o nh a sb e e nc o n d u c t e do nt h em i c r o w a v e c h e m i s t r ya s s i s t e dp r e p a r a t i o no fm i c r o - n a n om a t e r i a l s a n dw es y n t h e s i z e das e r i e so f u n i f o r ma n dg o o dc r y s t a l l i n i t yo fm i c r o - n a n oc r y s t a l k e y w o r d s ：m i c r o - n a n om a t e r i a l s ，s u r f a c t a n t s ，m i c r o w a v ec h e m i s t r y ，c d s ，z n o ，t e 一 山东大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章纳米材料及其研究进展 随着人类对物质世界认识的不断深入和科学技术的不断发展。纳米科技，正 如f e y n m a n 所设想，按照人类的意愿操纵原子或分子的纳米科学与技术，随着人类 对微观世界认识的要求应运而生。人类对自然世界的认识始于宏观物体又溯源于 原子、分子等微观粒子，然而对纳米微粒却缺乏深入细致的研究。 客观世界主要分为两个层次：一是宏观领域，二是微观领域。在宏观领域和 微观领域之间，存在着一片有待开拓的介观领域，也称为中等尺度领域。这个领 域包括了从微米、亚微米、纳米和团簇尺寸的范围。纳米微粒是自然界物质结构 的一个层次，它的尺度大于原子团簇，一般在1 1 0 0n t l l 之间。纳米微粒属于原子簇 与宏观物体交界的过渡区域。由于纳米结构具有许多奇异、崭新的物理、化学特 性，成为现在科学研究的热点。 目前，纳米科技正处于重大突破的前期，引起关心未来发展的科学家们的思 考。美国i b m 公司首席科学家a r m s t r o n g 说：“正像2 0 世纪7 0 年代微电子技术产生信 息革命一样，纳米科技将成为下一世纪信息时代的核心。”我国著名科学家钱学森 也预言：“纳米和纳米以下结构是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命， 将是2 l 世纪又一次产业革命。”纳米新科技将是2 1 世纪科学的前沿和主导科学，目 前正处于基础研究阶段，它是物理、化学、生物、材料、电子等多种学科的交叉 汇合点【1 5 1 。 一1 2 纳米材料概述 1 2 1 纳米材料的定义 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料或由它们 作为基本单元组装而成的复合材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多 种粉末材料【6 1 。 纳米材料科学的研究主要包括两个方面：一是系统的研究纳米材料的结构、 山东大学硕士学位论文 性能和谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料的特殊规律，建立描述和 表征纳米材料的新概念和新理论，发展和完善纳米材料科学体系；二是在实际应 用中发展新型功能纳米材料p - 9 。 1 2 2 纳米材料的分类 纳米材料的基本单元按维度可以分为四类：零维，按空间三维尺度均在纳 米尺度，存在的材料如纳米尺度颗粒、原子团簇等；一维，指在空间有两维处 于纳米尺度，存在的材料如纳米丝、纳米棒、纳米管等；二维，指在三维空间 中有一维在纳米尺度，存在的材料如超薄膜、多层膜、超晶格材料等；三维， 指在三维空间中含有上述纳米材料的块体，存在的材料如纳米陶瓷等。因为这些 单元往往具有量子性质，所以；对零维、一维和二维的基本但与分别又有量子点。 量子线和量子阱之称。 随着纳米科学技术和制备技术以及实际需求的发展，人们已不满足于单一的 纳米材料，许多纳米材料的复合体和具有纳米结构的材料应运而生。因此也不妨 称它们为继上述四类之后的第五类和第六类纳米材料。 7 分类标准不同，纳米材料分类结果也不同。纳米材料按照组成可分为无机纳 米材料、有机纳米材料、纳米复合材料和生物纳米材料等；按照用途可分为光学 纳米材料、磁性纳米材料、光电纳米材料等；按照成键形式可以分为金属纳米材 料、离子半导体纳米材料、半导体纳米材料以及陶瓷纳米材料等【l o ，1 1 1 。 1 2 3 纳米材料的特殊效应 ( 1 ) 小尺寸效应 又称体积效应，它是指当纳米材料的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超 导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，纳米晶体周期性的边 界条件将被破坏；非晶态微粒表面层附近原子密度减小，从而导致声、光、电、 磁、热及力学等参数发生了较大的变化，称之为体积效应。 例如，纳米粒子的熔点可远低于相应的体相材料，因此可为陶瓷制造和粉末 冶金工业降低反应温度和能耗。利用等离子共振频率随尺寸变化的性质，可通过 改变晶粒尺寸来控制吸收边的位移，从而制造出具有一定频宽的微波吸收纳米材 料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等等。随纳米粒子尺寸减小，其光吸收显著增加， 2 山东大学硕士学位论文 产生吸收峰等离子共振频移，由磁有序向磁无序、由超导相向正常相的转变和声 子谱的改变等，为实用技术开拓了新领域【”】。 ( 2 ) 表面效应 普通材料的体积大，表面原子所占总原子的比例非常小，对材料本身的影响可 以忽略；而纳米颗粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。当粒径 逐渐接近于原子直径时，高的比表面积使得纳米材料的活性大大增加。这种表面原 子的活性不但引起了纳米颗粒表面原子输运和构型的变化，同时也引起表面原子自 旋构象和电子能谱的变化，即为表面效应【1 4 1 。例如，当粒径为1 0n n l 时，表面原子 数为完整晶粒原子数的2 0 ，而粒径为1i l l i l 时，其表面原子百分数增大到9 9 ， 此时组成该纳米晶粒的所有约3 0 个原子几乎集中在其表面。由于表面原子周围缺少 相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故 表现出很高的化学活性。随着粒径的减小，纳米材料的表面积、表面能及表面结合 能都迅速增大【1 5 】。 ( 3 ) 量子尺寸效应 当组成物质的粒子尺寸下降到某一临界值时，费米能级附近的电子能级由准 连续变为离散能级的现象，即为量子尺寸效应。量子尺寸效应是纳米材料特有的 性质。当热能、电场能或者磁能比能量间隙还小时，就必须考虑量子尺寸效应